綜述:6PPD-Q:關(guān)于環(huán)境中的存在情況、毒理學(xué)機(jī)制、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及緩解策略的全面綜述
《Journal of Environmental Sciences》:6PPD-Q: A comprehensive critical review on environmental occurrence, toxicological mechanisms, risk assessment, and mitigating strategies
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時(shí)間:2026年02月28日
來(lái)源:Journal of Environmental Sciences 6.3
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本文綜述了6PPD-Q的環(huán)境分布、檢測(cè)技術(shù)、毒理機(jī)制及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,指出其廣泛分布于空氣、水、土壤等介質(zhì),通過(guò)光降解和臭氧氧化等途徑轉(zhuǎn)化,對(duì)魚(yú)類和人類具有潛在毒性,但毒性機(jī)制尚不明確,需進(jìn)一步研究分子靶點(diǎn)及開(kāi)發(fā)環(huán)保替代材料。
張?jiān)聞P|狄珊珊|金元香
浙江工業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與生物工程學(xué)院,杭州 310032,中國(guó)
摘要 N-(1,3-二甲基丁基)-N'-苯基-1,4-苯二胺(6PPD)作為一種添加劑,已被用于各種橡膠產(chǎn)品中超過(guò)半個(gè)世紀(jì)。最近的研究表明,其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物N-(1,3-二甲基丁基)-N'-苯基-p-苯二胺-醌(6PPD-Q)在極低濃度下就能導(dǎo)致大西洋鮭魚(yú)大量死亡,這一發(fā)現(xiàn)引起了更多關(guān)注。因此,本文綜述了6PPD-Q的環(huán)境分布、檢測(cè)方法、衍生物及其毒理學(xué)機(jī)制。盡管6PPD-Q的廣泛分布和多維檢測(cè)技術(shù)的存在使得日常監(jiān)測(cè)成為可能,但其致死機(jī)制的關(guān)鍵原因尚未明確,因此需要進(jìn)一步研究其分子靶點(diǎn)。此外,本文提出了一個(gè)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估框架,并總結(jié)了一些相關(guān)的解毒策略及環(huán)保替代品。總體而言,本文深入探討了6PPD-Q的相關(guān)內(nèi)容,總結(jié)了其問(wèn)題解決方法,并指出了未來(lái)的研究方向。
引言 由于6PPD具有優(yōu)異的抗氧化性能,它被廣泛用作橡膠產(chǎn)品的添加劑(Datta等人,2007年)。相關(guān)橡膠產(chǎn)品,尤其是輪胎,在車輛與道路相互作用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量輪胎和道路磨損顆粒(TRWPs)(Seiwert等人,2022年)。這些顆粒會(huì)釋放到環(huán)境中,并進(jìn)一步滲透到空氣(Cao等人,2022年;Zhang等人,2022年)、水(Cao等人,2022年;Challis等人,2021年;Johannessen等人,2021年;Zhang等人,2022年)、土壤(Cao等人,2022年)等介質(zhì)中。當(dāng)6PPD暴露于臭氧時(shí),會(huì)轉(zhuǎn)化為6PPD-Q,這在美國(guó)導(dǎo)致了大西洋鮭魚(yú)的急性死亡(Tian等人,2021年)。這種現(xiàn)象被稱為城市徑流死亡綜合征(URMS)。這一現(xiàn)象引發(fā)了全球科學(xué)界對(duì)其環(huán)境存在性和毒性的研究。研究表明,6PPD-Q對(duì)多種物種和器官具有廣泛影響,物種間的差異可能解釋了其在鮭魚(yú)中的急性致死性。研究逐漸擴(kuò)展到哺乳動(dòng)物和人類,發(fā)現(xiàn)人類尿液和腦脊液中存在6PPD-Q(Fang等人,2024年;Liu等人,2024a)。盡管對(duì)6PPD-Q的毒性效應(yīng)進(jìn)行了大量研究,但其致死機(jī)制的關(guān)鍵原因仍不清楚。因此,仍需對(duì)6PPD-Q的分子靶點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步研究。鑒于這些挑戰(zhàn),本文提出了一個(gè)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估框架,并總結(jié)了一些相關(guān)的解毒策略及環(huán)保替代品。總體而言,本文提供了對(duì)6PPD-Q的深入理解,總結(jié)了其問(wèn)題解決方法,并指出了未來(lái)的研究方向。
環(huán)境分布 6PPD-Q的檢測(cè)方法因環(huán)境介質(zhì)的不同而略有差異,通常包括液-液萃取、固-液萃取、固相萃取和固相微萃取。收集的水和融雪樣本通常通過(guò)過(guò)濾器過(guò)濾,然后通過(guò)固相萃取濃縮至適當(dāng)?shù)臐舛龋↗ohannessen等人,2021年)。在空氣、PM2.5 顆粒、土壤和灰塵中,6PPD-Q通過(guò)相應(yīng)方法被提取和濃縮。
6PPD向6PPD-Q的轉(zhuǎn)化機(jī)制 6PPD向6PPD-Q的轉(zhuǎn)化機(jī)制在不同環(huán)境條件下有所不同。在水中,主要依靠光降解作用,即6PPD的激發(fā)態(tài)發(fā)生連續(xù)的羥基化反應(yīng);而在大氣中,6PPD主要被臭氧氧化。在潮濕且缺氧的土壤環(huán)境中,傳統(tǒng)氧化作用與微生物代謝還原反應(yīng)共同作用。此外,一些研究者認(rèn)為不同環(huán)境中的微生物也可能參與氧化過(guò)程。
潛在的毒理學(xué)機(jī)制 自2020年以來(lái),6PPD-Q因被認(rèn)為是美國(guó)太平洋西北部城市溪流中Coho鮭魚(yú)死亡的原因而受到廣泛關(guān)注(Stokstad,2020年)。最初的研究主要集中在其對(duì)特定物種的毒性、肝臟毒性、神經(jīng)毒性及能量傳遞障礙等方面。隨著研究的深入,研究者逐漸將重點(diǎn)轉(zhuǎn)向哺乳動(dòng)物和人類的毒性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。因此,本節(jié)將探討更多相關(guān)內(nèi)容。
環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 風(fēng)險(xiǎn)商數(shù)(RQs)用于評(píng)估環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和污染物對(duì)環(huán)境或人類健康的威脅程度。具體評(píng)估方法是將暴露濃度與參考濃度(毒性閾值)進(jìn)行比較,該比值可作為評(píng)估依據(jù)。公式如下:RQs = C 測(cè)量 濃度 / 毒性閾值 其中,C 測(cè)量 (ng/L、ng/kg、ng/m3 )表示環(huán)境中6PPD-Q的實(shí)際暴露濃度;C 毒性閾值 (ng/L、ng/kg、ng/m3 )表示6PPD-Q的毒性閾值。
6PPD-Q的緩解策略 通過(guò)對(duì)多種物種的毒理學(xué)機(jī)制研究和初步的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,證實(shí)6PPD-Q對(duì)環(huán)境和人類健康存在顯著風(fēng)險(xiǎn)。隨著人類接觸該化合物的增加,人們正在努力開(kāi)發(fā)消除策略或?qū)ふ腋踩⒏沙掷m(xù)的替代材料以阻止其形成。
結(jié)論與展望 6PPD作為橡膠產(chǎn)品中的關(guān)鍵抗氧化添加劑,會(huì)通過(guò)橡膠磨損進(jìn)入各種環(huán)境介質(zhì)。其不穩(wěn)定性促進(jìn)了多種轉(zhuǎn)化途徑。其中,6PPD-Q因?qū)е旅绹?guó)大西洋銀鮭魚(yú)的急性死亡而受到研究者的關(guān)注。6PPD-Q現(xiàn)已滲透到空氣、水、土壤等多種環(huán)境介質(zhì)中,并對(duì)多種物種和器官產(chǎn)生影響。值得注意的是,其危害具有廣泛性。
作者貢獻(xiàn)聲明 張?jiān)聞P: 撰寫(xiě)初稿、方法學(xué)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)據(jù)分析、概念構(gòu)建。狄珊珊: 審稿與編輯、監(jiān)督工作、資金申請(qǐng)。金元香: 審稿與編輯、監(jiān)督工作、資金申請(qǐng)。
利益沖突聲明 作者聲明不存在可能影響本文研究的已知財(cái)務(wù)利益或個(gè)人關(guān)系。
致謝 本研究得到了中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金(項(xiàng)目編號(hào):22476184和42277279)的支持。
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